土地利用变化对地下水硝酸盐面源污染的影响研究-以成都平原典型区域为例

Agriculture activities are major non-point sources pollution threatening groundwater nitrate concentration; good use of land resources could mitigate the pollution to some extent. The principal aim of this study is to investigate the effects of land use change on tackling groundwater nitrate issue in a plain area. The city of Deyang and its surroundings are selected to undertake the project due to its high groundwater useage. An export coefficent model is adoped to estimate the soil nitrate leaching from different land use types. The leaching process is controled by the groundwater rechage process, which can be presented by an unsaturated zone water-balance model. ArcGIS is applied under several land-use change scenarios to discover the spatial and temporal distribution of nitrate losses to the saturated zone. The distribution is inputed into the groundwater nitrate transpot model. Then, a groundwater flow and a nitrate tranport model are developed and calibrated to represent observed groundwater flow and groundwater quality appropriately. With the calibrated models, a predictive simulation is carried out under different scenarios to estimate the groundwater nitrate concentration in the study area. The quantitative comparison of different land use scenarios can help to assess the effect of good land use change on mitigation of groundwater nitrate issue, providing the scientific supports on groundwater nitrate control and land use management.

针对农业活动导致地下水硝酸盐面源污染问题日益突出；土地的更合理利用可能对硝酸盐面源污染防治起到积极作用，本项目提出以平原区为例，将土地利用变化作为途径，探讨其对地下水硝酸盐农业面源污染的影响。本项目在已有研究工作基础上，选择成都平原地下水利用率较高的德阳及周边区域，采用输出系数模型建立不同土地利用类型与硝酸盐淋失关系，估计包气带硝酸盐淋失量，并结合包气带水分平衡模型，体现硝酸盐淋失过程与地下水净补给过程的动态一致性，利用ArcGIS分析不同土地利用变化情景下包气带淋失硝酸盐面源污染负荷的时空分布变化，以此作为地下水溶质运移模型的污染输入源项。构建并校正地下水流场及溶质运移模型，预测不同情景下地下水硝酸盐浓度的变化程度、范围及历时。通过定量比较不同情景，评价合理的土地利用变化在减缓平原区地下水硝酸盐农业面源污染方面的功效，为地下水面源污染的防治及土地利用管理措施的提出奠定理论基础。

目前，我国地下水硝酸盐污染问题日益突出，而合理的土地利用以及施肥管理可能对硝酸盐面源污染防治起到积极作用。本项目以成都平原区为例，探讨不同土地利用以及施肥模式对农村地下水硝酸盐面源污染的影响。本项目以成都平原地下水利用率较高的德阳及周边区域，通过室内试验及包气带模型，估计不同土地利用及施肥情景下土壤水分入渗及硝酸盐淋失动态，建立农业活动与硝酸盐淋失关系，估计包气带硝酸盐淋失量。并结合包气带水分平衡模型，体现硝酸盐淋失过程与地下水补给过程的动态相关性。利用ArcGIS分析不同土地利用及施肥情景下包气带淋失硝酸盐面源污染负荷的时空分布变化，以此作为地下水溶质运移模型的污染输入源项。构建并校正地下水流场及溶质运移模型，预测不同情景下地下水硝酸盐浓度的变化程度、范围及历时。. 土地利用变化情景预测结果发现，保持研究区土地利用现状或增加农业用地，大部分区域地下水硝酸盐污染羽将不断扩大，十年后中心浓度超过20 mg /L。经过包气带水分平衡模型计算，研究区地下水净补给量为降雨量的21.4%。年施肥量典型值为262 N kg/ha，土层底部硝酸盐年总淋失量为36.4 N kg/ha，硝酸盐淋失年平均输出系数为0.14。硝酸盐淋失主要发生在5~9月，占年总流失量的64%。在施肥量变化情景预测中发现，保持用地和施肥现状，地下水中硝酸盐将不断积累，十年后到2027年研究区的硝酸盐浓度最大值将由现在的14 mg /L上升到18 mg /L；若施肥量以每年2%递增，预计十年后地下水硝酸盐浓度最大值超过20 mg /L；若施肥量逐年分别降低2%和4%，十年后到2027年硝酸盐浓度最大值将低于12 mg /L。本项目通过定量比较不同预测情景，评价了土地利用以及施肥模式优化在减缓平原区地下水硝酸盐农业面源污染方面的功效，为地下水面源污染的防治及土地利用管理措施的提出奠定理论基础。基于本项目的研究，现已发表SCI论文3篇，待发表SCI论文2篇，已发表中文核心论文6篇，已获软件著作2项，指导硕士研究生毕业论文3篇。